يمكن أن يكون البحث عن الحياة أكثر فوضوية مما يبدو. الكلمات الثلاث تصنع عنوانًا جميلًا ومرتبًا ، لكن ما يستلزمه هو صعب للغاية. كيف ، في هذه المجرة الشاسعة ، يمكننا أن نجد الحياة والكواكب أو الأقمار التي قد تستضيفها؟ نحن بالكاد على وشك اكتشاف أو استبعاد الحياة الأخرى في نظامنا الشمسي.
إن العثور عليها في مكان آخر في المجرة ، حتى في جوارنا بين النجوم ، مهمة شاقة للغاية بحيث يصعب فهمها.
لذلك في أي وقت يعتقد العلماء أنهم قد وجدوا شيئًا يمكن أن يمنحهم ميزة في مهمتهم شبه المستحيلة ، فإنه يستحق أن نتحدث عنه.
تقول دراسة جديدة أن النجوم تحتوي على الفوسفور (P) قد يكون أكثر احتمالًا لاستضافة كواكب ذات حياة. يعتمد هذا على علم الكواكب الخارجية حتى الآن ، ومعرفتنا بالكيمياء والحياة. الفوسفور مادة كيميائية ضرورية للحياة بقدر ما نعلم ، وتميل الكواكب إلى محاكاة تكوين نجومها. لذلك من المحتمل أن تكون النجوم التي تحتوي على الفوسفور قد ولدت كواكب بها ، وبالتالي فرصة لاستضافة الحياة.
الورقة الجديدة بعنوان ' تأثير الفوسفور النجمي على فهمنا للكواكب الخارجية وعلم الأحياء الفلكي . ' المؤلف الرئيسي هو الدكتورة ناتالي هينكل ، عالمة فيزياء الكواكب في معهد أبحاث الجنوب الغربي (SwRI). نُشرت الورقة في مجلة الفيزياء الفلكية ليترز.
قال المؤلف الرئيسي Hinkel في خبر صحفى . 'إنه ضروري لتكوين الحمض النووي وأغشية الخلايا والعظام والأسنان في البشر والحيوانات ، وحتى ميكروبيوم البحر من العوالق.'
هنا على الأرض ، تتكون أغشية الخلايا من جزيئات الفسفوليبيد الذائبة في الماء السائل. يحتوي الفسفوليبيد على عمود فقري من ذرات الكربون (رمادي) ، ويحتوي أيضًا على الهيدروجين (أزرق سماوي) ، والفوسفور (أصفر) ، وأكسجين (أحمر) ، ونيتروجين (أزرق). الائتمان: العلاقات فان بروكسل
يستخدم علماء الفلك التحليل الطيفي لتحديد العناصر الكيميائية الموجودة في النجم. يمكنهم تحديد الوفرة النسبية لعناصر مثل الفوسفور. التركيب الكيميائي للنجم هو وكيل للتركيب الكيميائي للكواكب التي تدور حوله ، حيث أنهم جميعًا أتوا من نفس وسط بين نجمي .
في الفيزياء الفلكية ، يعتبر أي عنصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم معدنًا. يشير علماء الفيزياء الفلكية إلى 'معدنية' النجم والتي تعني مقدار أو مقدار القليل من النجم المكون من عناصر أثقل من H وهو. هناك بعض الخلاف حول المعادن الدقيقة للشمس ، حيث توصل باحثون مختلفون إلى إجمالي حوالي 1.3٪ معدن إلى 1.8٪ معدن. ولكن على أي حال ، فإن بعض هذه النسبة المئوية عبارة عن الفوسفور ، وتظهر بعض البيانات أن الشمس تحتوي على محتوى P أعلى من المتوسط.
الفوسفور مهم للحياة كما نعرفها. يشكل الفوسفات ، في شكله الفوسفاتي ، العمود الفقري للجزيئات الجينية ، وهو عملة الطاقة لكل عمليات التمثيل الغذائي تقريبًا. إنه جزء مما يشير إليه العلماء CHNOPS (الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين والفوسفور والكبريت). من المحتمل أن يكون العثور عليه أمرًا بالغ الأهمية لإيجاد الحياة. في محيطات الأرض ، يعتبر الفوسفور من العناصر الغذائية المحدودة ، وهو الأقل من بين العناصر الستة الموجودة في CHNOPS. في حين أن CHNOPS هي العناصر الأكثر شيوعًا في خلية نموذجية ، فإن P هي الأقل وفرة. وعلى الرغم من أن C و H و N و O و S كلها في العشرة الأوائل من العناصر الأكثر وفرة في الكون ، فإن P تأتي في المرتبة 17.
انطباع الفنان عن الكواكب الخارجية الصخرية التي تدور حول Gliese 832 ، وهو نجم قزم أحمر على بعد 16 سنة ضوئية فقط من الأرض. في الوقت الحالي ، من المستحيل قياس المحتوى السطحي لأي كواكب خارجية ، لذا قد يكون البحث عن الفوسفور في النجوم نوعًا من الاختصارات المفيدة في البحث عن الحياة. الائتمان: ESO / M. كورنميسر / ن. Risinger (skysurvey.org).
في الوقت الحالي ، ليس لدينا أي طريقة لقياس محتوى سطح كوكب خارج المجموعة الشمسية. لذا فإن إجراء مسح يميز العناصر الكيميائية في الكواكب الخارجية لا يزال بعيد المنال. كما أنه من المستحيل حاليًا معرفة ما إذا كان كوكب خارج المجموعة الشمسية قد كشف عن الصخور القارية والمياه السطحية ، وهما شيئان نعتقد أنهما مهمان لدورات الكواكب الجيوكيميائية الضرورية للحياة. قال المؤلف الرئيسي هينكل: 'عند البحث عن الكواكب الخارجية ومحاولة معرفة ما إذا كانت صالحة للسكن ، من المهم أن يكون الكوكب على قيد الحياة بدورات نشطة وبراكين وتكتونية للصفائح'.
من خلال الاعتماد على الوكلاء النجمية التي تحتوي على الفوسفور ، يمكن للباحثين اتباع طريق مختصر محتمل في بحثهم عن الحياة. يمكنهم تركيز جهودهم على الكواكب المحيطة بالنجوم التي تظهر الفوسفور. في وقت ما في المستقبل ، عندما تكون لدينا القدرة على دراسة الكواكب الخارجية الفردية عن كثب ، سيعرف علماء الفلك بالفعل أي الكواكب من المحتمل أن تحتوي على الفوسفور الضروري.
لهذه الدراسة ، استخدم الباحثون كتالوج هيباتيا ، التي طورها Hinkel كقاعدة بيانات نجمية متاحة للجمهور. تم إنشاء Hypatia 'لتقييم ومقارنة نسب وفرة الكربون والنيتروجين والسيليكون والفوسفور للنجوم القريبة مع تلك الموجودة في متوسط العوالق البحرية ، وقشرة الأرض ، وكذلك السليكات السائبة على الأرض والمريخ.' لكن كتالوج هيباتيا يحتوي فقط على معلومات لـ 9434 نجمة ، وبالنسبة لبعض هذه النجوم ، القياسات غير مكتملة.
قال هينكل: 'لكن هناك القليل جدًا من بيانات وفرة الفوسفور النجمية'. 'توجد بيانات الفسفور لحوالي 1٪ فقط من النجوم. وهذا يجعل من الصعب حقًا معرفة أي اتجاهات واضحة بين النجوم ، ناهيك عن دور الفوسفور في تطور كوكب خارج المجموعة الشمسية '.
هذه لقطة شاشة جزئية لجزء من كتالوج Hypatia. يُظهر عدد النجوم التي تم مسحها والتي تحتوي على كل عنصر ، بدون احتساب الهيدروجين والهيليوم. يوجد الحديد (Fe) في كل نجمة في الكتالوج ، بينما تم قياس الفوسفور (P) ووجد في 100 نجمة فقط من أصل 9434. حقوق الصورة: ناتالي هنكل / هيباتيا
من بين العوائق التي تحول دون دراسة الفوسفور وإيجاده في النجوم أنه لا يمكن رؤيته بسهولة. عندما يأخذ علماء الفلك ملاحظات طيفية للنجوم ، فإنهم عادة لا يبحثون عن المكان الذي يحتاجون إليه للبحث عن النجوم. هذا لأنه لوحظ على حافة الأطوال الموجية الضوئية للضوء وضوء الأشعة تحت الحمراء.
تحتوي شمسنا على نسبة وفيرة نسبيًا من الفوسفور ، وهذا يعني أن الأرض بها أيضًا. لا تتطلب الحياة على الأرض كمية هائلة من الفوسفور ، ولكن ما تتطلبه ضروري. بهذه المعرفة ، يعتقد Hinkel أن الوقت قد حان لكي يستخدم مجتمع علم الفلك البحث عن الفوسفور في بحثهم عن الحياة.
تابع هينكل: 'تحتوي شمسنا على نسبة عالية نسبيًا من الفوسفور ، وتتطلب بيولوجيا الأرض كمية صغيرة ، لكن ملحوظة ، من الفوسفور'. 'لذلك ، على الكواكب الصخرية التي تتكون حول النجوم المضيفة مع نسبة أقل من الفوسفور ، من المحتمل أن الفوسفور لن يكون متاحًا للحياة المحتملة على سطح هذا الكوكب. لذلك ، نحث مجتمع الوفرة النجمية على جعل ملاحظات الفوسفور أولوية في الدراسات المستقبلية وتصميمات التلسكوب '.
شمسنا هي نجم سكاني II يبلغ عمرها حوالي 5 مليارات سنة. على هذا النحو ، فهو يحتوي على نسبة معدنية أعلى ، ويحتوي على عناصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم ، بما في ذلك الأكسجين والكربون والنيون والحديد والفوسفور ، وإن كان ذلك بنسب ضئيلة فقط. ولكن حتى مع وجود نسبة ضئيلة من الفوسفور ، يقول علماء الفلك إن محتوى الفوسفور مرتفع نسبيًا. الصورة: مرصد ناسا / سولار ديناميكس.
قد يحتوي كتالوج هيباتيا على درس مهم. يميل البحث عن الكواكب الخارجية التي يمكن أن تدعم الحياة إلى التركيز على الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن لنجومها ، وهذا أمر منطقي. على حد علمنا ، لا يعني عدم وجود ماء سائل عدم وجود حياة. ولكن إذا احتوت 100 نجمة فقط من أصل 9434 نجمًا على الفوسفور ، فيجب استخدام هذا العامل المحدد لتحسين البحث. بعد كل شيء ، قد لا يعني الفوسفور لا حياة أيضًا.
كتب المؤلفون في ورقتهم: 'تحتوي شمسنا على نسبة عالية نسبيًا من P وتتطلب بيولوجيا الأرض كمية صغيرة ، ولكن محدودة ، من P'. 'على الكواكب الصخرية التي تتشكل حول النجوم المضيفة مع نسبة P أقل بشكل كبير ، يمكن أن يؤدي التقسيم القوي لـ P في اللب إلى استبعاد احتمالية وجود السطح P ، وبالتالي الحياة على سطح هذا الكوكب. لذلك ، نحث مجتمع الوفرة النجمية على جعل ملاحظات P أولوية في الدراسات المستقبلية وتصميمات التلسكوبات. '
يعتقد المؤلفون أن تلسكوبًا فضائيًا صغيرًا آخر يعمل بالأشعة تحت الحمراء في مدار الأرض يمكن أن يفعل الحيلة. 'لذلك ، لتحسين فهمنا لـ P ودوره في قابلية الكواكب للسكن ، يجب على المجتمع تطوير أدوات يمكنها التغلب على تحديات المراقبة هذه ،' كتبوا. 'على سبيل المثال ، سيكون مطياف الأشعة تحت الحمراء في مدار أرضي منخفض أو في الفضاء قادرًا على الوصول إلى خطوط P الجزيئية (مثل PS) وكذلك الخطوط الأولية التي لا يمكن الوصول إليها من الأرض.'
جزء المرآة الأساسي لوحدة التصميم الهندسي (EDU) لتلسكوب جيمس ويب الفضائي ، مطلي بالذهب. ستتمتع JWST بالقدرة على أخذ أطياف الغلاف الجوي للكواكب الخارجية وتحديد محتواها. لكن القوة مطلوبة لمعالجة الأسئلة العلمية الأخرى. ربما حان الوقت لتلسكوب فضائي آخر أصغر للبحث عن الفوسفور في النجوم. حقوق الصورة: ناسا / درو نويل
يعتقد المؤلفون أنه من المحتمل أن تكون هناك حاجة إلى مزيد من التعاون بين التخصصات العلمية المختلفة للنهوض بعلم الكواكب الخارجية. توضح ضرورة وجود P من أجل الحياة ، إلى جانب صعوبة اكتشافها في النجوم. كتبوا في هذه الرسالة ، 'لقد قدمنا مثالًا حيث يكشف الفهم من علم الأحياء الجيولوجية أن عنصر P ، وهو عنصر لم يتم تقديره حتى الآن في الفيزياء الفلكية ، له أهمية حاسمة في علم الأحياء.'
'من ناحية أخرى ، يتعلم الجيولوجي أن قياس P يصعب قياسه بشكل لا يصدق ، لا سيما في سياق العناصر الحيوية الأخرى. سيحتاج كلا الجزأين من التعاون متعدد التخصصات إلى العمل معًا لتعزيز تفكير مجتمع الكواكب الخارجية والحصول على البيانات اللازمة لتتبع الأنظمة البيولوجية على الكواكب الخارجية '.